JP2019527857A - ファイバ終端部を溶融する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の開示の態様は、溶融コネクタ終端部を生成する方法に関する。例示的な方法は、溶融コネクタ終端部によって満足されるべき仕様要件を設定する段階と、未溶融コネクタ終端部の近位領域に熱量を印加する段階とを含むことができる。未溶融コネクタ終端部の近位領域は、外側フェルール内に同軸的に位置決めされた内側光ファイバを含むことができ、熱量を印加する段階は、光ファイバを外側フェルールに対して少なくとも部分的に溶融して少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部を形成することができる。本方法はまた、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域を撮像する段階と、撮像する段階に基づいて、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階とを含むことができる。【選択図】図4B

Description

〔関連出願への相互参照〕
この出願は、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている2016年8月12日出願の米国仮特許出願第62/374,185号からの優先権の利益を主張するものである。
本発明の開示の態様は、一般的に溶融ファイバ終端部を製造する方法に関し、具体的には、製造中にフィードバックを与え、かつ溶融ファイバ終端部の結合効率を改善するための撮像システムを使用する方法に関する。
光ファイバは、医療用途において一般的に使用されている。光ファイバは、ターゲット領域にエネルギを送出するためにレーザからの光エネルギをターゲット身体領域に運ぶための光導波路として作用するように多くの手順に使用することができる。例えば、砕石手順では、光ファイバは、内視鏡、例えば、膀胱鏡、尿管鏡、腎盂鏡、又は腎盂尿管鏡を通して送出され、かつ尿路結石を破壊して除去するためにレーザ源からの光パルスを体内場所に伝達するのに使用される。
ガラスクラッド光ファイバは、レーザエネルギの送出のために医療用途に一般的に使用されている。光ファイバは、多くの場合に、光ファイバシステムの位置合わせを損なうことなくこれらのファイバがレーザ送出システムに結合し、かつそこから外れることを可能にするコネクタを用いて終端される。従来、ファイバコネクタ終端部は、多くの場合に、光ファイバを周囲のガラスフェルールに固定する接着剤を含んでいたが、ガス放出の問題がレーザ出力レンズの汚染を引き起こし、又は一部の場合にファイバ終端部を破壊的に故障させた。
ガス放出問題を解消するために、接着剤の使用を低減する又は接着剤の使用を全面的に回避するコネクタ終端部を形成する方法が開発された。1つのソリューションは、終端部で光ファイバコア及びガラスクラッディングを周囲のガラスフェルールに直接に溶融し、接着剤を用いずにファイバをフェルールに固定してファイバをフェルール内で位置合わせするその両方を行うモノリシックガラス端部を生成することであった。コネクタ終端部でファイバとフェルールを互いに溶融するために、本明細書に引用によってその全体が組み込まれている米国特許第6,282,349号明細書により詳細に説明されているように、ファイバ及びフェルールの近位端の側面の周りにかつコネクタ終端部の近位面に熱を印加することができる。
しかし、溶融コネクタ終端部は、レーザエネルギからファイバ本体内への高い結合効率のための望ましい形状を達成するためにファイバ、フェルール、及び熱源間の正確な位置決めを要求する。近位面上に平滑で整合する凹面又は凸面形状コネクタ終端部を生成すること及び側面に沿ってフェルールと光ファイバの溶融を制御することは、その両方が製造されたコネクタ終端部の結合効率に関して重要であるが、溶融コネクタに関して問題になる可能性がある。結合効率は、取りわけ、例えば、(i)溶融フェルール内の光ファイバの同心度、(ii)凹面(又は、凸面)溶融終端面の形状及び深度、(iii)溶融終端面の平滑度、及び(iv)テーパされたファイバの形状及びテーパ比によって影響を受ける。
現在、仕上がった溶融コネクタ終端部が十分な結合効率を有することを保証するために溶融処理を実時間で制御する方法は存在しない。代わりに、熱がガラスファイバとフェルールに印加されてそれらを互いに溶融し、次に、溶融コネクタが製造要件を満足するか否かを決定するために溶融後検査が実施される。この非制御式製造方法は、不適正に溶融したコネクタを廃棄しなければならないので大量の廃棄物又は製造非効率性に至る場合がある。
米国特許第6,282,349号明細書
その結果、溶融処理のより厳密な制御を可能にする溶融コネクタ終端部を製造する方法に対する必要性が存在する。具体的には、製造されたコネクタの結合効率の改善を促進して廃棄物を低減するために溶融処理の実時間評価及び制御を可能にする方法に対する必要性が存在する。
本発明の開示のデバイス及び方法は、上述の欠点の一部を是正する又は従来技術の他の態様に対処することができる。
本発明の開示の態様は、溶融コネクタ終端部を生成する方法に関する。例示的方法は、溶融コネクタ終端部によって満足されるべき仕様要件を設定する段階と、未溶融コネクタ終端部の近位領域に熱量を印加する段階とを含むことができる。未溶融コネクタ終端部の近位領域は、外側フェルール内に同軸的に位置決めされた内側光ファイバを含むことができ、熱量を印加する段階は、光ファイバを外側フェルールに対して少なくとも部分的に溶融して少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部を形成することができる。本方法はまた、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域を撮像する段階と、撮像する段階に基づいて、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階とを含むことができる。
本方法の様々な態様は、下記の特徴のうちの1又は2以上を含むことができる。熱量は、第1の熱量とすることができ、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足しないと決定された場合に、本方法は、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域に第2の熱量を印加する段階を更に含むことができ、第2の熱量を印加する段階の後に撮像する段階及び決定する段階を繰り返することができる。印加する段階、撮像する段階、及び決定する段階は、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足すると決定されるまで繰り返すことができる。一部の態様では、第1の熱量は、第2の熱量とは異なる場合があり、又は第1の熱量は、第2の熱量と同じである場合がある。熱量は、コネクタ終端部の近位面及びコネクタ終端部の側面のうちの1又は2以上に印加することができる。近位領域を撮像する段階は、3又は4以上の撮像デバイスを近位領域上にフォーカスさせる段階を含むことができる。1又は2以上の撮像デバイスは、近位領域をz軸とx軸及びy軸のうちの少なくとも一方とに沿って見るように向けることができ、近位領域を撮像する段階は、1又は2以上の撮像デバイスを近位領域上の少なくとも2つの場所上にフォーカスさせる段階を含むことができる。少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階は、z軸に沿って取り込まれた近位面の1又は2以上の画像に基づいて、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位面上に形成されたディッシュの直径、深度、曲率、又は面平滑度のうちの少なくとも1つが仕様を満足するか否かを決定する段階を含むことができる。更に別の態様では、近位面の1又は2以上の画像は、ディッシュの縁部上にフォーカスされた画像及びディッシュの中心領域上にフォーカスされた画像のうちの少なくとも一方を含むことができる。少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階は、コネクタ終端部の側面に沿って取り込まれた近位領域の1又は2以上の画像に基づいて、熱浸透の深度、外側フェルールに対する光ファイバの溶融の広がり、又は外側フェルール内の光ファイバの相対的な場所のうちの少なくとも1つが仕様を満足するか否かを決定する段階を含むことができる。コネクタ終端部の側面の1又は2以上の画像は、外側フェルールの外面上にフォーカスされた画像、外側フェルールの内面上にフォーカスされた画像、又は光ファイバの外面上にフォーカスされた画像のうちの少なくとも1つを含むことができる。少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域を撮像する段階は、光学顕微鏡を使用して実行することができ、一部の態様では、撮像デバイス、コネクタ終端部、又は熱源のうちの少なくとも1つは、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域を撮像する時又は近位領域に熱を印加する時に移動することができる。
別の態様により、溶融コネクタ終端部を生成する方法は、溶融コネクタ終端部によって満足されるべき仕様要件を選択する段階と、未溶融コネクタ終端部の近位領域に第1の熱量を印加する段階とを含むことができる。未溶融コネクタ終端部の近位領域は、外側フェルール内に同軸的に位置決めされた内側光ファイバを含むことができ、第1の熱量は、近位領域で内側光ファイバを外側フェルールに対して部分的に溶融することができる。本方法は、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位面を撮像する段階と、部分的に溶融したコネクタ終端部の側面領域を撮像する段階とを更に含むことができる。近位面を撮像する段階及び側面領域を撮像する段階に基づいて、本方法はまた、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域の何処に第2の熱量を印加するかを決定する段階と、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域に第2の熱量を印加する段階とを含むことができる。本方法は、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位面又は部分的に溶融したコネクタ終端部の側面領域のうちの少なくとも一方を撮像する段階と、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階とを含むことができる。
様々な態様では、第1の熱量を印加する段階は、熱を近位面にかつ側面領域に印加する段階を含むことができる。一部の態様では、第2の熱量を印加する段階は、熱を近位面及び側面領域のうちの1又は2以上に印加する段階を含むことができる。第1の熱量と第2の熱量は、異なる場合がある。
本発明の開示の別の態様では、溶融コネクタ終端部を生成する方法は、溶融コネクタ終端部によって満足されるべき仕様要件を選択する段階と、未溶融コネクタ終端部の近位領域に第1の熱量を印加する段階とを含むことができる。未溶融コネクタ終端部の近位領域は、外側フェルール内に同軸的に位置決めされた内側光ファイバを含むことができ、第1の熱量は、近位領域で内側光ファイバを外側フェルールに対して少なくとも部分的に溶融することができる。本方法はまた、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位面の少なくとも一部分上に撮像デバイスをフォーカスさせる段階と、部分的に溶融したコネクタ終端部の側面領域の少なくとも一部分上に撮像デバイスをフォーカスさせる段階とを含むことができる。近位面を撮像する段階及び側面領域を撮像する段階に基づいて、本方法はまた、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域に第2の熱量を印加する方法を決定する段階と、部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域に第2の熱量を印加する段階とを含むことができる。本方法はまた、近位面の一部分又は側面領域の一部分のうちの少なくとも一方の上に撮像デバイスをフォーカスさせる段階と、少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足するか否かを決定する段階とを更に含むことができる。
これらの態様の追加の目的及び利点は、一部は以下の説明に列挙され、これらの目的及び利点は、一部はその説明から明らかであり、又はこれらの態様の実施によって習得することができると考えられる。上述の概要説明と以下の詳細説明の両方は、単に例示的かつ説明的であり、特許請求の範囲を制限しないことは理解されるものとする。
本明細書に使用する場合に、用語「含む」、「含んでいる」、又はそのあらゆる他の変形は、要素のリストを含む処理、方法、物品、又は装置がこれらの要素のみを含むのではなく、明示的に列記していないか又はそのような処理、方法、物品、又は装置に固有の他の要素を含む場合があるように非排他的包含を網羅することを意図している。
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の開示の態様を示し、この説明と共に本発明の開示の態様の原理を説明するのに寄与するものである。
テーパされた光ファイバを有するファイバコネクタ終端部の概略図である。 テーパされていない光ファイバを有するファイバコネクタ終端部の概略図である。 光ファイバをガラスフェルールに対して溶融するためにファイバコネクタ終端部に熱を印加する段階の概略図である。 光ファイバがガラスフェルールに対して溶融された状態の図2Aに描くファイバコネクタ終端部の概略図である。 本発明の開示の例示的態様により1又は2以上の撮像デバイスをファイバコネクタ終端部に対してそれに沿って向けることができる軸線を概略で描く図である。 本発明の開示の例示的態様により図3Aの軸線に沿ってファイバコネクタ終端部を撮像するためにファイバコネクタ終端部の周りに向けられた複数の撮像デバイスを概略で描く図である。 本発明の開示の例示的態様により溶融前の統合撮像及び溶融システムとコネクタ終端部とを概略で描く図である。 溶融開始後の図4Aの統合撮像及び溶融システムとコネクタ終端部とを概略で描く図である。 本発明の開示の例示的態様によりコネクタ終端部を溶融する例示的方法の段階を描く流れ図である。
ここで下記で説明して添付図面に例示する本発明の開示の例示的態様を詳細に参照する。図面を通して同じ又は類似の部分を意味するのに可能な限り同じ参照番号を使用する。上述の概要説明と以下の詳細説明の両方は、例示的かつ説明的なものに過ぎず、主張する特徴を限定するものではない。本明細書では用語「例示的」を「理想」ではなく「例」の意味に使用する。本明細書に使用する場合に用語「約」、「実質的に」、及び「ほぼ」は、説明する値の±5%以内の値範囲を意味する。用語「近位」は、レーザ源に結合するファイバコネクタ終端部のコネクタ端部により近い位置を意味する。本明細書に使用する用語「遠位」は、ファイバコネクタ終端部のコネクタ端部からより遠い位置を意味する。
一般的に、本発明の開示の態様は、製造工程にわたって実時間フィードバック及び改善された制御を与えるために統合撮像システムを用いて溶融コネクタ終端部を生成する方法に関する。例示的態様を参照して下記で詳細に説明するように、実時間フィードバックを取得することにより、熱をフェルール及びファイバに一斉にではなく区分的に印加し、溶融処理に対して高い制御を提供することができる。
図1A及び図1Bは、溶融前の標準ファイバコネクタ終端部の概略図を示している。図1Aは、コネクタ終端部8を示している。コネクタ終端部8は、テーパされた近位端3を有する光ファイバ1を含み、図1Bは、テーパされていない近位端3’を有する光ファイバ1を示している。光ファイバ1は、例えば、シリカで形成することができ、シリカコアを近位領域で取り囲むポリマー又はナイロンの1又は2以上の層のようなクラッディング、コーティング、及び/又は保護ジャケットの1又は2以上の層を含むことができる。光ファイバ1がクラッディング、コーティング、及び/又はポリマー材料からなるジャケットを含む態様では、これらのポリマーは、光ファイバ1の近位端までには至らないとすることができ、又は光ファイバ1をフェルール4に溶融する前に光ファイバ1の近位端から除去することができる。光ファイバ1は、体内に延びる遠位端(図示せず)から近位端3まで延びる。例示的光ファイバ1は、約100μmから約1,000μmのガラス直径範囲にわたるとすることができる。例示的ガラスクラッディングは、約100μmから約1,100μmの直径範囲にわたるとすることができる。例示的テーパ直径は、適用可能な場合に約130μmから約800μmの最大直径範囲にわたるとすることができる。本明細書で提供する例示的サイズは、一例として寄与するに過ぎず、限定ではない。
光ファイバ1は、その長さの少なくとも一部分に沿ってフェルール4によって囲まれる。フェルール4は、例えば、ガラス、シリカ、又は石英で形成することができる。フェルール4は円筒形とすることができ、フェルール4の長手軸に沿って延びる中心開口部6を有することができる。開口部6は、その中に光ファイバ1を受け入れるように寸法決定することができる。従って、光ファイバ1は、それとフェルール4とがコネクタ終端部8の近位領域2において互いに同軸的に位置合わせするようにフェルール4内の開口部6内に同心的に嵌合することができる。開口部6の近位端は、フェルール4の長手軸に沿って延びるか、又は図1A及び図1Bに示すように開口部6の最近位端が開口部6の遠位領域よりも幅広であるように、開口部6の近位端を面取りするか又は外向きに朝顔形に開くことができる。例示的ガラスフェルール4は、約1,000μmから約1,700μmの外径を有することができる。
上記で解説したように、溶融ファイバコネクタ終端部8は、近位領域2で光ファイバ1とフェルール4を互いに溶融して溶融領域7で一体構造を生成する(図2B)ことによって形成することができる。図2Aは、フェルール4と光ファイバ1に熱を印加してこれら2つの構成要素を互いに溶融することができるそれぞれの方向を描く矢印H(任意的な熱源)及びH’を示している。例えば、矢印H(任意的)に示すようにフェルール4及び光ファイバ1の近位面に熱を印加することができ、矢印H’に示すようにフェルール4及び光ファイバ1の1又は2以上の側面に熱を印加することができる。熱がフェルール4及び光ファイバ1の側面に印加される時にフェルール4及び光ファイバ1を回転及び/又は傾斜させることができ、熱をフェルール4及び光ファイバ1の近位領域の周りに移動することができ、フェルール4及び光ファイバ1の複数の側面に熱を一度に印加することができ、又はこれらのいずれかの適切な組合せを実施することができる。図2Bは、図2Aの加熱によって形成された溶融領域7を示している。溶融に続いて、溶融コネクタ終端部の近位面上に凹面5を形成することができる。図2Bには、凹面を示すが、当業者は、光ファイバ1の意図する使用に基づいて近位端上に凸面又は実質的に平坦な面を形成することができることを理解するであろう。
上述のように、溶融終端部コネクタの標準的な生産は、一般的に、溶融領域7を生成するために光ファイバ1及びフェルール4の近位領域2に熱を印加する一段階方法を含む。一般的に、処理検証は、欠陥を識別するための溶融後目視検査及び/又はコネクタ化された状態でシステムレベルの伝達率測定値の決定に限られている。その後に、伝達率測定値が1又は2以上の予め決められた仕様を満足し損ねた場合に、完全組み立てされたファイバは、一般的には廃棄される。そのような一段階方法は、溶融処理に対して殆ど製造制御を提供することができず、後処理によって初めて行われる評価は製造での非効率性を招く場合がある。更に、溶融を制御する機能の欠如は結合効率の消失を招く場合がある。これらの欠点のうちの1又は2以上を解消するために、本明細書において統合撮像処理を説明する。
例示的な統合撮像システム及び方法は、溶融の前、最中、及び/又は後にフェルール4及び光ファイバ1の近位領域2を観察するための1又は2以上の光学撮像デバイスを含むことができる。図3Aは、溶融処理を観察してフィードバックを提供するために1又は2以上の撮像デバイスの向きをそれに沿って定めることができる例示的な軸線を示している。例えば、撮像デバイスは、コネクタ終端部8の近位領域2をx軸及びy軸に沿って、更にz軸から観察するように配置することができる。z軸に沿った撮像は、例えば、近位面の幅、深度、曲率、及び/又は凹面度(又は一部の態様では凸面度又は平坦性)の平滑度を含む近位面の形成に関する実時間情報を与えることができる。x軸及びy軸に沿った撮像は、溶融の完全性(すなわち、熱の浸透深度及び光ファイバ1とフェルール4がモノリシック構造になった程度)に関する情報を与えることができる。ガラスフェルール4は透明又は不透明(又は半透明)とすることができ、撮像システムが中心開口部6内の光ファイバ1にフォーカスすることを可能にするので、x軸及びy軸に沿った撮像は、ファイバ形状を測定するために使用することができる。更に、z軸、x軸、又はy軸に沿った撮像は、フェルール4の開口部6内での光ファイバ1の同心度及び/又は位置合わせに関する情報を与えることができる。
図3Aには3つの観察軸線を示すが、フィードバックを提供するのに単一観察軸線、2つの観察軸線、又は3よりも多い観察軸線を使用することができることが考えられる。更に、図3Bは、一緒に撮像デバイス10と呼ばれる図3Aの軸線の各々に沿って近位領域2を観察するように向けることができる撮像デバイス10、10’、及び10”を示している。しかし、より多い又は少ない観察軸線が使用される場合に、より多い又は少ない撮像デバイス10を使用することができる。一部の態様では、各撮像デバイス10の向きは、単一軸線に沿う撮像を提供するように定めることができ、観察軸線の本数と撮像デバイスの個数は等しいとすることができる。そのような態様では、各撮像デバイスを当該撮像デバイスのそれぞれの撮像軸線に沿って固定とすることができる。しかし、一部の態様では、1よりも多い軸線に沿う撮像を提供するために1又は2以上の撮像デバイス10を移動可能なものとすることができる。例えば、単一撮像デバイスは、z軸に沿った近位面の撮像を提供することができ、次に、近位領域2の側面からの撮像を提供するために移動可能なものとすることができる。一部の態様では、撮像デバイスのうちの一部を固定とすることができ、それに対して他の撮像デバイスを移動可能なものとすることができる。例えば、z軸に沿う撮像デバイス10を固定とすることができ、それに対して撮像デバイスのうちの1又は2以上10’又は10”をx軸又はy軸に沿って移動可能なものとすることができる。更に、一部の例示的態様では、固定又は移動可能な撮像デバイスは、コネクタ終端部8に対して傾斜させるように構成することができる。更に、固定撮像デバイス又は移動可能撮像デバイスのいずれが使用されるかに関わらず、溶融処理の前、最中、及び/又は後に様々な角度に沿って撮像を提供するために又は近位領域2上で熱が印加される場所を修正するために、フェルール4及び光ファイバ1は、撮像デバイス及び/又は熱源に対して移動(例えば、回転又は傾斜)させることができる。
例示的な撮像システムは、例えば、1又は2以上の光学顕微鏡を含むことができる。光学顕微鏡は、光源を有する対物レンズを含むことができる。下記で詳細に説明するように、溶融処理に関する様々な情報を評価するために顕微鏡を終端部コネクタの様々な領域上にフォーカスして近位領域の様々な視像を取得することができる。一部の態様では、撮像システムは、例えば、CMOS及び/又はCCDセンサ又は他の適切な撮像デバイスを含むことができる。
撮像システムをコネクタ終端部を加熱して溶融する処理と統合することにより、漸増加熱を印加してフェルール4と光ファイバ1の溶融及び近位面の面性質をより微細に制御することができる。これらの特性をモニタして制御することにより、結合効率を改善することができる。上述のように、結合効率に影響を及ぼす主パラメータは、(i)溶融フェルール内での光ファイバの同心度、(ii)凹又は凸の溶融終端面の形状、深度、及び曲率、(iii)光ファイバの形状及びテーパ比(先細比)、及び(iv)溶融終端面の平滑度を含む。例えば、光ファイバとフェルールの両方の原点は実質的に同じでなければならない。この特性は、加熱の前に、例えば、光ファイバ1をフェルール4の開口部6内に位置決めすることによって、及び統合撮像及び加熱システム内に近位領域を配置することによって制御することができる。この特性は、加熱中に(例えば、光ファイバ1が溶融中に偏心状態になった場合に)、加熱源及び/又はコネクタ終端部8を傾斜又は回転させることにより、又はコネクタ終端部8の側面の周りに熱を均一又は不均一に印加することによって制御することができる。
同様に、加熱の前に光ファイバの直径及び形状を制御することができ、又は加熱中にこれらを制御するか又はこれらに影響を及ぼすことができる。例えば、特定の形状(例えば、テーパ又は非テーパ、又はテーパの程度)又は特定のサイズを有する光ファイバをフェルール4の開口部6内への包含に向けて選択することができる。一部の態様では、加熱は、光ファイバ1の近位端に初期段階として又は光ファイバの端部を修正する(例えば、非テーパファイバ上にテーパを生成する、又はテーパファイバの角度を修正する)ために熱印加の一部として適用することができる。
溶融終端面の近位面の形状、深度、及び曲率は、加熱処理中に制御することができる。理想的には、凹又は凸の近位面は、フォーカスの場所に影響を及ぼす屈折を有する光学レンズのように挙動しなければならない。散乱損失を低減することによって結合効率を改善するために、加熱処理中に終端面の平滑度及び形状を制御することができる。統合撮像システムからのフィードバックを提供することにより、より平滑な終端面を与えるように熱印加を制御することができる。面粗度を低減することによって光散乱を低減することができ、従って、使用中に光ファイバが失う光エネルギはより少ないと考えられる。
このようにフィードバックを提供することにより、結合効率に影響を及ぼすコネクタ終端部のパラメータを制御し、それによって結合効率を改善するために、熱印加を制御して区分的に適用することができる。
一例示的方法では、図4Aに示すように、フェルール4の開口部6内に光ファイバ1を有するコネクタ終端部8を統合撮像及び溶融システム9に置くことができる。光ファイバ1及びフェルール4の近位領域2の周りに1又は2以上の撮像デバイス10を位置付けることができ、近位領域2上にフォーカスさせることができる。近位領域2の近くに1又は2以上の熱源H、H’を位置付けることができる。例えば、熱源Hは、ファイバ1及びフェルール4の近位面に向けることができ、1又は2以上の熱源H’は、近位領域2の側面に向けることができる。一部の態様では、溶融処理中に単一熱源を移動して近位面と近位領域2の側面の両方に熱を印加することができる。これに代えて、熱源Hは、近位面に向けることができ、1又は2以上の熱源H’は、近位領域2の側面に向けることができ、1又は2以上の熱源H’は、フェルール4の円周の周りに移動することができる。これに代えて又はこれに加えて、1又は2以上の熱源の移動に加えて又はその代わりに、近位領域2を熱源に対して回転又は傾斜させることができる。
例示的な熱源は、例えば、レーザエネルギ(約1Wから500Wの間の範囲にわたるCO2レーザのような)、電気アーク放電(類似のワット数)、及び/又は火炎を含むことができる。これらの熱源は、光ファイバ1及びフェルール4に対して実質的に垂直に(H’)、又は光ファイバに対して長手に(H)向けることができる。熱源、及び/又は光ファイバ1及びフェルール4は、互いに対して回転又は傾斜させることができ、又はそうでない場合もある。
一部の態様では、統合撮像及び溶融システム9は、この統合システム内にコネクタ終端部8を配置する段階が自動的にコネクタ終端部8を撮像デバイス及び/又は熱源に対して配置するように構成することができる。例えば、ホルダ又はクランプが、コネクタ終端部8を撮像デバイス10に対して配置することができる。他の態様では、コネクタ終端部8、撮像デバイス、及び/又は熱源のうちの1又は2以上は、互いに対して移動され及び/又は配置されることができる。更に、一部の態様では、互いに対する様々な構成要素の配置は、例えば、コネクタ終端部のサイズ、コネクタ終端部の意図する用途、フェルール及び/又は光ファイバを構成する材料のタイプ、仕上がりコネクタ終端部の所要仕様、仕上がりコネクタ終端部の意図する形状(例えば、凸又は凹の近位面)、システムに使用される熱源のタイプ、印加される熱の量、又はこれらのいずれかの適切な組合せのうちの1又は2以上に基づいて事前設定又は予め定められることができる。一部の態様では、オペレータは、関連情報を統合システム内に入力することができ、統合システムは、様々な構成要素の相対的な位置決め及び場所を自動的に調節することができる。一部の態様では、オペレータは、様々な構成要素の相対的な位置決め及び場所を入力することができ、次に、システムは、自動的に調節を加えることができる。そのような例示的態様では、システム9は、仕様及び/又は位置決め情報を格納及び/又は計算するための及び/又は相対的な構成要素の位置決めを制御するための1又は2以上のプロセッサ12を含むことができる。一部の態様では、オペレータは、構成要素を互いに対して手動で位置決めして位置付けることができる。
例示的態様では、システム9は、情報をシステム内に入力するためのユーザインタフェース、例えば、設定を制御又は調節する、予め決められた仕様を入力する、及び/又は特定のコネクタ終端部8及び/又はその意図する用途に関する情報を入力するためのキーボード、タッチ画面、レバー、ボタン、ノブ、又は他の適切な入力デバイス又はその組合せを含むことができる。システム9は、撮像デバイスによって取り込まれた撮像フィードバック、システム内に入力された予め決められた仕様に関する情報、製造中のコネクタ終端部の品質に関する情報、溶融処理のステータスに関する情報、又はいずれかの他の適切な出力のうちの1又は2以上を出力するための表示デバイスを更に含むことができる。表示デバイスは、モニタ、画面、一連のライト、又は他の適切な視覚インジケータ、又はその組合せを含むことができる。システム9の構成要素、例えば、1又は2以上の撮像デバイス、熱源、ユーザインタフェース、表示デバイス、及び/又はプロセッサ12は、無線又は有線接続又はその組合せを通して互いに結合することができる。
これらの構成要素が配置された状態で、コネクタ終端部8に熱を増分的に印加してフェルール4と光ファイバ1を互いに溶融することができる。一例示的態様では、第1の熱量をコネクタ終端部8の近位領域2に印加することができる。熱印加は、システム9内に入力されたプログラム及び仕様に従って自動的に行うことができ、又はオペレータが手動でトリガすることができる。
図4Bは、熱の印加後に溶融し始めたコネクタ終端部8を示している。第1の熱量を印加した後に、撮像デバイス10は、コネクタ終端部8を撮像してシステム9にフィードバックを提供することができる。例えば、最初に、仕上がり溶融コネクタ終端部8に対する事前設定処理仕様、測定値、及び公差を決定し、システム9内に入力することができ、又はプロセッサ12内にプログラミングする又は格納することができる。最初の熱印加の後(及び/又はその後の熱印加の後)に予め決められた仕様と比較して溶融がどのように進行しているかを評価するために、1又は2以上の撮像デバイスがフォーカスしてコネクタ終端部8の様々な様相を撮像することができる。
例えば、z軸に沿って向けられた撮像デバイスを用いて、コネクタ終端部8の近位面が予め決められた仕様に従って形成されているか否かを評価することができる。撮像デバイスは、例えば、面の平滑度に関するフィードバックを提供することができる。一部の態様では、特定の直径、曲率、及び深度の凹又は凸の近位面が望ましい場合がある。z軸に沿って向けられた撮像デバイスを凹又は凸のディッシュの外縁上の1又は2以上の場所の上にフォーカスして、例えば、ディッシュ形状の直径サイズ、円周、又は均一性を評価することができる。撮像デバイスは、ディッシュの中心部分の上にフォーカスさせることができ、外縁及び中心部分の画像は、一緒に凹又は凸のディッシュの深度及び/又は曲率に関する情報を与えることができる。これらの情報は、システム9のプロセッサ12に中継することができ、次に、プロセッサ12は、これらの撮像フィードバックを用いて、撮像フィードバック及び観察測定値が予め決められた仕様とどの程度対応するか(例えば、予め決められた公差の範囲又は範囲外にあるか)に依存して、次にどれ程の熱を印加するか、次に何処に熱を印加するか、どの角度で熱を印加するか、又は追加の熱を印加すべきでないか否かを実時間で決定することができる。
例えば、近位面の凹面部分の深度が予め決められた仕様に満たないことを撮像フィードバックが示した場合に、凹面度の深度を増大するためにコネクタ終端部8の側面部分に追加の熱を印加することができる。一部の態様では、ディッシュの深度は、約サブミクロンから約500μmの範囲にわたる仕様を満足する必要がある場合がある。一部の態様では、ディッシュの形状が対称ではないことを撮像フィードバックが示した場合に、熱源を傾斜させること及び/又はコネクタ終端部8を傾斜させることのいずれかによって熱をある角度から印加することができる。一部の態様では、近位面の仕上がり面が十分に平滑ではないこと、又は凹又は凸のディッシュの直径が小さすぎることを撮像フィードバックが示した場合に、近位面の仕上がり面を平滑にするために及び/又はディッシュのサイズを拡大するために追加の熱をz軸に沿って印加することができる。一部の態様では、ディッシュのサイズは、約50μmから約1,700μmの範囲にわたる仕様を満足する必要がある場合がある。近位面が予め決められた仕様を満足している場合に、z軸に沿って近位面に追加の熱を印加しなくてもよい。
一部の態様では、z軸に沿って位置付けられた撮像デバイスは、明視野撮像方式及び暗視野撮像方式の一方又は両方を使用することができる。例えば、近位面の深度、サイズ、形状、又は他の類似の特性を測定するのに明視野撮像を使用することができる。暗視野撮像は、例えば、近位面の粗度及び面の仕上がりを測定するために使用することができる。例えば、暗視野撮像は、視野中心から直接伝達される光を遮断し、撮像デバイスが散乱光のみを検出するように縁部の周りから撮像デバイスに入射する光のみの検出を可能にする。一部の態様では、撮像デバイスは、明視野撮像方式と暗視野撮像方式の間で切り換えることができる。
一部の態様では、近位領域2の側面の周りに位置付けられた1又は2以上の撮像デバイスをフェルール4の外面上、開口部6を定めるフェルール4の内面上、又はフェルール4内の光ファイバ1の外面(周囲のフェルール4の透明性に起因して可視とすることができる)上のうちの1又は2以上にフォーカスさせることができる。これらの画像のうちの1つを個々に取り込むことができ、又は画像の組合せを取り込んで互いに対して比較することができる。これらの1又は2以上の画像は、光ファイバ1とフェルール4の間の溶融の進行を評価するためにシステム9のプロセッサ12に中継することができる。例えば、これらの画像を用いて、熱の印加中の熱浸透の深度、光ファイバ1とフェルール4が互いに溶融した程度、フェルール4内での光ファイバ1の相対的間隔又は同心度、及び/又はこの間隔又は同心度が溶融処理によって影響を受けたか否かのうちの1又は2以上を評価することができる。次に、これらの撮像情報を用いて、追加の熱を印加するか否か、印加される場合にどれ程の熱を印加するか、及び追加の熱をどの角度で又はどの位置に印加するかを決定することができる。例えば、光ファイバ1とフェルール4の十分な溶融が提供されなかった場合に、追加の熱を近位領域2の側面の周りに実質的に均一に印加することができる。フェルール4内での光ファイバ1の角度又は配置が予め決められた仕様を満足しない場合に、追加の熱をフェルール4の外面に対してある角度(例えば、外面に対して垂直ではない)で又は近位領域2の一部分に印加することができる。
一部の態様では、取り込まれた画像及び実施された評価は、追加の熱が印加されると変化する場合がある。例えば、コネクタ終端部の1つの特性が予め決められた仕様の範囲に収まる状態で、追加のラウンドの加熱以降この特性を評価するための画像を取り込まなくてもよい。一部の態様では、フィードバック撮像に基づいて1又は2以上の特性が予め決められた仕様を満足したことが観察された場合であっても、追加のラウンドの加熱が印加される時に評価ターゲットの各特性を評価し続けることができる。例えば、これらの特性は、追加のラウンドの加熱によって特性が予め決められた仕様範囲から外れることがなかったことを確認するために評価し続けることができる。一部の態様では、全ての特性が予め決められた仕様を満足することが見出された後に、溶融コネクタ終端部の各特性の最後1回の全体品質評価を提供するために最後の画像セットを取得することができる。
1よりも多い撮像デバイスを利用する態様では、撮像デバイスは各々フィードバックをシステム9に与えることができ、プロセッサ12は、これらの撮像情報を組み合わせて及び/又は比較してコネクタ終端部8の溶融が予め決められた仕様を満足するか否かを決定することができる。1つの撮像デバイス、例えば、コネクタ終端部8の様々な部分(例えば、近位面及び側面領域)を撮像するために近位領域2に対して移動される撮像デバイスを利用する態様では、撮像デバイスをコネクタ終端部8の周りに配置することができ、各相対位置からのフィードバックをプロセッサ12に中継することができる。これに代えて、一部の態様では、例えば、コネクタ終端部8の近位面又は側面部分のいずれかを評価するために1つの撮像デバイスだけを使用することができる。
熱印加段階及び撮像段階が行われ、かつ溶融コネクタ終端部8が予め決められた仕様を満足するまで必要なだけ多くの回数繰り返すことができる。
熱印加中に、熱は、任意的に、近位領域2の側面又は近位面に印加することができ、又は熱は、側面と近位面の両方に同時に印加することができる。例えば、熱は、全ての方向から同時に均一に印加することができ、又は1つの側面に続いて別の側面から、z軸に沿って上面のみから、又はx軸及び/又はy軸に沿って側面のみから印加することができる。均一な溶融をもたらすために、近位領域2の周りで1又は2以上の熱源を移動することができ、及び/又はコネクタ終端部8を熱源に対して回転させることができる。その後の1回又は複数回の各熱印加において、熱は、受信した撮像フィードバックに従って印加することができる。例えば、近位面が予め決められた仕様を満足していることを撮像フィードバックが示した場合に、追加のラウンドの加熱は、z軸に沿って印加しなくてもよい。光ファイバ1とフェルール4の溶融が予め決められた仕様を満足していることを撮像フィードバックが示した場合に、追加のラウンドの加熱は、側面領域に印加しなくてもよい。しかし、一部の態様では、ファイバ1とフェルールの溶融が予め決められた仕様を満足している場合であっても、近位面の曲率が過度に深い場合に、より浅い曲率を生成するために追加の熱を近位領域2の側面に印加することができる。従って、追加の熱が所与の場所に印加されるか否か、所与の場所に印加される追加の熱の量、及び/又は熱が所与の場所に印加される方向は、この特定の場所から受信した撮像フィードバックに依存し、コネクタ終端部の異なる場所から受信した撮像フィードバックに依存し、又はこれらの両方に依存する場合がある。
一部の態様では、熱印加の各ラウンド中に同じ量の熱を印加することができる。他の態様では、その後の熱印加ラウンドでの熱の量は、フィードバックに、例えば、撮像されたコネクタ終端部8の特性が予め決められた仕様から逸脱している量に少なくとも部分的に基づいて実時間で決定することができる。撮像デバイスによって仕様からのより大きい逸脱が検出された場合に、多めの熱を印加することができ、及び/又は熱を長めの持続時間にわたって印加することができる。小さめの逸脱が検出された場合に、少なめの熱を印加することができ、及び/又は熱を短めの持続時間にわたって印加することができる。
一部の態様では、熱溶融コネクタ終端部8を生成する方法は、溶融の前に光ファイバ1の近位端を成形する段階を更に含むことができる。例えば、図1A及び図1Bに示すように、溶融コネクタ終端部8を形成するためにテーパされた又はテーパされていない光ファイバ1を使用することができる。一部の態様では、生成方法は、最初にテーパ形状を生成するために最初に非テーパ光ファイバ1の近位領域に熱を印加する段階を含むことができる。他の態様では、非テーパ光ファイバ1を使用することができ、初期テーパ化段階を含めなくてもよい。更に他の態様では、テーパ光ファイバを使用することができ、初期テーパ化段階を含めなくてもよい。他の態様では、テーパ光ファイバを使用することができ、光ファイバの近位端のテーパ角を変更するために初期テーパ化段階を含めることができる。
図5は、本発明の開示の態様による基本的な方法の要約を描いている。最初に、溶融処理の開始前に、段階20に示すように仕上がり溶融コネクタ終端部に対する仕様を設定することができる。次に、段階21において、コネクタ終端部の近位領域に熱量を印加することができる。熱が印加された後に、段階22においてコネクタ終端部の近位領域を撮像することができる。段階23に達してコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足していることを撮像フィードバックが示した場合に、本方法は停止し(段階24)、近位領域に追加の熱は印加されない。段階25に達してコネクタ終端部の近位領域が仕様を満足しないことを撮像フィードバックが示した場合に、段階21が繰り返され、コネクタ終端部の近位領域に別のラウンドの熱が印加される。次に、コネクタ終端部の近位領域が再度撮像される(段階22)。コネクタ終端部の近位領域が仕様を満足していることを画像が示すまで、必要に応じて加熱及び撮像のラウンドを繰り返すことができる。
例示的態様では、本方法は、少量の熱を増加的に送出することができ、各加熱ラウンドの後に撮像フィードバックが得られる。例えば、本明細書に説明する例示的方法では、従来の1回限りの方法で印加される熱の量の50%を各増加的熱印加中に印加することができる。一部の態様では、各加熱ラウンド中に送出される熱の量は、更に減少する場合がある。例えば、50%の熱がコネクタ終端部に送出され、撮像フィードバックが受け入れられ、20%の熱がコネクタ終端部に送出され、撮像フィードバックが受け入れられ、10%の熱がコネクタ終端部に送出され、撮像フィードバックが受け入れられ、コネクタ終端部が事前設定仕様範囲に収まるまで以降同じく続けることができる。与えた百分率は例示的なものに過ぎないが、本発明の開示の態様を更に例示するために提供したものである。
本発明の開示の態様は、生成されたコネクタ終端部の結合効率を改善し、従って、医療手順中に光ファイバによって最終的に送出することができるエネルギの量を増大することができる。例えば、生成されたコネクタ終端部が砕石手順中に使用される態様では、ターゲット組織及び/又は尿路結石に送出されるエネルギの量を増大することができる。エネルギ量の増加は、所与の体積又は密度の結石の処置に対する全体的な手順回数を低減するという有益な効果を有することができる。例えば、光ファイバに沿ったエネルギ損失を低減することにより、所与の時間量内により多くのエネルギを送出することができ、従って、結石を破壊するのにある一定量のエネルギを必要とする場合に、高い結合効率を有するコネクタ終端部は、短い時間量内に結石を破壊することを可能にすることができる。更に、改善された結合効率を有するコネクタ終端部は、より広範囲のレーザコンソール設計を受け入れることを可能にすることができる。例えば、低いビーム品質を有するレーザコンソールであっても、高い結合効率を有するコネクタ終端部と併用された場合に、熱レンズ効果に起因して依然として十分なエネルギを供給することができる。例示的態様は、予め決められた仕様を満足しない生成された仕上がりコネクタ終端部の個数を低減するための実時間原位置品質管理を提供することによって製造廃棄物を低減することができる。
本発明の開示の多くの特徴及び利点は詳細な本明細書から明らかであり、従って、本発明の開示の精神及び範囲の中に収まる本発明の開示の全てのそのような特徴及び利点を網羅することが添付の特許請求の範囲によって意図されている。更に、当業者には多くの修正及び変形が容易に想起されることになるので、本発明の開示を図示して説明した厳密な構成及び作動に限定することは望ましくなく、従って、全ての適切な修正及び均等物は、本発明の開示の範囲に収まるものとすることができる。
更に、当業者は、本発明の開示が基づく概念を本発明の開示のいくつかの目的を実施するために他の構造、方法、及びシステムを設計するための基礎として容易に使用することができることを認めるであろう。従って、特許請求の範囲は、以上の説明によって限定されるとは考えないものとする。
2 近位領域
9 統合撮像及び溶融システム
10、10’、10” 撮像デバイス
12 プロセッサ
H 熱印加方向

Claims (15)

  1. 溶融コネクタ終端部を生成する方法であって、
    前記溶融コネクタ終端部によって満足されるべき仕様要件を設定する段階と、
    未溶融コネクタ終端部の近位領域に熱量を印加する段階であって、該未溶融コネクタ終端部の該近位領域が、外側フェルール内に同軸的に位置決めされた内側光ファイバを含み、該熱量を印加する段階が、該光ファイバを該外側フェルールに対して少なくとも部分的に溶融して少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部を形成する前記印加する段階と、
    前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域を撮像する段階と、
    前記撮像する段階に基づいて、前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域が前記仕様を満足するか否かを決定する段階と、を含む方法。
  2. 前記熱量は、第1の熱量であり、
    前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域が前記仕様を満足しないと決定された場合に、前記方法は、該少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の該近位領域に第2の熱量を印加する段階を更に含み、
    前記撮像する段階及び前記決定する段階は、前記第2の熱量を印加する段階の後に繰り返される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記印加する段階、前記撮像する段階、及び前記決定する段階は、前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域が前記仕様を満足すると決定されるまで繰り返される、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1の熱量は、前記第2の熱量とは異なっている、請求項2に記載の方法。
  5. 前記第1の熱量は、前記第2の熱量と同じである、請求項2に記載の方法。
  6. 熱量は、前記コネクタ終端部の近位面及び該コネクタ終端部の側面のうちの1又は2以上に印加される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記近位領域を撮像する段階は、3又は4以上の撮像デバイスを該近位領域上にフォーカスさせる段階を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 1又は2以上の撮像デバイスが、前記近位領域をz軸と、x軸及びy軸のうちの少なくとも一方とに沿って見るように向けられる、請求項7に記載の方法。
  9. 前記近位領域を撮像する段階は、1又は2以上の撮像デバイスを該近位領域上の少なくとも2つの場所上にフォーカスさせる段階を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域が前記仕様を満足するか否かを決定する段階は、該少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の近位面上に形成されたディッシュの直径、深度、曲率、又は面平滑度のうちの少なくとも1つが該仕様を満足するか否かをz軸に沿って取り込まれた該近位面の1又は2以上の画像に基づいて決定する段階を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記近位面の1又は2以上の画像は、前記ディッシュの縁部上にフォーカスされた画像及び該ディッシュの中心領域上にフォーカスされた画像のうちの少なくとも一方を含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域が前記仕様を満足するか否かを決定する段階は、熱浸透の深度、前記外側フェルールに対する前記光ファイバの溶融の広がり、又は該外側フェルール内の該光ファイバの相対的な場所のうちの少なくとも1つが該仕様を満足するか否かを該コネクタ終端部の側面に沿って取り込まれた該近位領域の1又は2以上の画像に基づいて決定する段階を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記コネクタ終端部の前記側面の前記1又は2以上の画像は、前記外側フェルールの外面上にフォーカスされた画像、該外側フェルールの内面上にフォーカスされた画像、又は前記光ファイバの外面上にフォーカスされた画像のうちの少なくとも1つを含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域を撮像する段階は、光学顕微鏡を使用して実行される、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 撮像デバイス、前記コネクタ終端部、又は熱源のうちの少なくとも1つが、前記少なくとも部分的に溶融したコネクタ終端部の前記近位領域を撮像する時又は該近位領域に熱を印加する時に移動される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
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